雙向分流的混流式水泵水輪機(jī)葉片空間位置的確定方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及一種雙向分流的混流式水泵水輪機(jī)葉片空間位置的確定方 法。
【背景技術(shù)】 [0002] ：在我國，為了保證電力系統(tǒng)的有效運行，近年來建設(shè)了大量抽水蓄能電 站。抽水蓄能電站裝機(jī)容量很大，對解決電網(wǎng)"削峰填谷"的問題上起到重要的作用，從而 幫助大容量的火力發(fā)電廠、核電站及風(fēng)電場更經(jīng)濟(jì)地運行。此外，抽水蓄能電站能顯著提高 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并通過各種輔助服務(wù)保證電網(wǎng)很高的電力質(zhì)量。未來抽水蓄能電站無 疑將繼續(xù)在電力系統(tǒng)的組成中占據(jù)重要的地位。為了提高抽水蓄能電站的整體經(jīng)濟(jì)性，抽 水蓄能電站中的水泵水輪機(jī)逐漸向高水頭、高轉(zhuǎn)速和大容量機(jī)組發(fā)展。但是，這樣電站的水 泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪由于其比轉(zhuǎn)速低，提高其水力穩(wěn)定性及其它性能會存在一系列難以解決的問 題。低比轉(zhuǎn)速水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪由于其導(dǎo)葉相對高度較低，水輪機(jī)工況下轉(zhuǎn)輪進(jìn)口流速偏高， 導(dǎo)致在水輪機(jī)工況下轉(zhuǎn)輪進(jìn)口出現(xiàn)強(qiáng)烈的動靜干涉現(xiàn)象，從而造成無葉區(qū)壓力脈動的大幅 增加，影響水泵水輪機(jī)的水力穩(wěn)定性；較高的流速也導(dǎo)致水輪機(jī)工況轉(zhuǎn)輪進(jìn)口發(fā)生高強(qiáng)度 的空化，從而影響機(jī)組的壽命和安全穩(wěn)定性；同時由于低比轉(zhuǎn)速水泵水輪機(jī)直徑偏大，導(dǎo)致 其圓盤損失增大，使得水泵水輪機(jī)的效率降低很多。在這樣的電站中，若使用常規(guī)的水泵水 輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，不僅轉(zhuǎn)輪效率水平偏低，而且還會給機(jī)組運行帶來諸多的水力不穩(wěn)定性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] ：本發(fā)明通過對雙向分流的混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的優(yōu)化設(shè)計，降低水 泵水輪機(jī)無葉區(qū)壓力脈動水平，改善超高水頭、超大容量水泵水輪機(jī)的水輪機(jī)工況葉片進(jìn) 口空化問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為
[0004] 1)確定長短葉片雙向分流位置：短葉片（1)水輪機(jī)方向出水邊（2)與轉(zhuǎn)輪下環(huán) (3)交點處直徑DS2和長葉片（4)水輪機(jī)方向出水邊（5)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交點處直徑Du的 比值：DS2/1\2= 0. 5~1 ;短葉片⑴水輪機(jī)方向進(jìn)水邊（6)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交點處直徑DS1 和長葉片（4)水輪機(jī)方向進(jìn)水邊（7)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交點處直徑Du的比值：DS1/D U= 1~ 1. 05 ;或長葉片（4)水輪機(jī)方向進(jìn)水邊（7)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交點處直徑化和短葉片（1)水 輪機(jī)方向進(jìn)水邊（6)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交點處直徑D S1的比值：DU/DS1= 1~1. 05 ;
[0005] 2)確定短葉片偏置角度：轉(zhuǎn)輪流道內(nèi)部壓力梯度與速度梯度的關(guān)系如下式所示：
【主權(quán)項】
1. 一種雙向分流的混流式水累水輪機(jī)葉片空間位置確定方法，其特征是： 1) 確定長短葉片雙向分流位置；短葉片（1)水輪機(jī)方向出水邊（2)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交 點處直徑DS2和長葉片（4)水輪機(jī)方向出水邊（5)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交點處直徑DL2的比值； DS2/DL2 = 0. 5~1 ;短葉片（1)水輪機(jī)方向進(jìn)水邊（6)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交點處直徑DS1和 長葉片（4)水輪機(jī)方向進(jìn)水邊（7)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交點處直徑DL1的比值；DS1/DL1 = 1~ 1.05;或長葉片（4)水輪機(jī)方向進(jìn)水邊（7)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交點處直徑DL1和短葉片（1) 水輪機(jī)方向進(jìn)水邊做與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交點處直徑DS1的比值；DL1/DS1 = 1~1. 05 ; 2) 確定短葉片偏置角度；轉(zhuǎn)輪流道內(nèi)部壓力梯度與速度梯度的關(guān)系如下式所示：
式中，P為壓力，n為法向，P為流體密度，R為流體微團(tuán)到圓屯、的距離，《為旋轉(zhuǎn)角速 度，0為流線方向與周線相反方向的夾角，W為相對速度；根據(jù)公式，短葉片相對其中間位 置偏置角度A0與葉片圓周分布角0的比值；A0/0 =-0.3~0.3,其中，負(fù)號表示短 葉片俯視順時針方向偏置，0 = 360/Z，，Z為葉片數(shù)； 3) 確定葉片水輪機(jī)方向進(jìn)水邊與轉(zhuǎn)輪上冠交點位置；短葉片（1)水輪機(jī)方向進(jìn)水邊 (6)與轉(zhuǎn)輪上冠（8)交點處直徑DSr和短葉片（1)水輪機(jī)方向進(jìn)水邊（6)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3) 交點處直徑DS1的比值；DSr/DSl= 0. 95~1 ;長葉片（4)水輪機(jī)方向進(jìn)水邊（7)與轉(zhuǎn)輪 上冠（8)交點處直徑化r和長葉片（4)水輪機(jī)方向進(jìn)水邊（7)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)（3)交點處直 徑DL1 的比值；DL1' /DL1 = 0. 95 ~1 ; 4) 確定雙向分流的混流式水累水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪適用葉片數(shù)；3枚長葉片3枚短葉片，4枚長 葉片4枚短葉片，5枚長葉片5枚短葉片，6枚長葉片6枚短葉片，7枚長葉片7枚短葉片。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種雙向分流的混流式水泵水輪機(jī)葉片空間位置確定方法，通過對長葉片和短葉片相關(guān)位置進(jìn)出口直徑、短葉片偏置位置等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以使水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪具有雙向分流的功能，從而使水泵水輪機(jī)無葉區(qū)壓力脈動大大降低，并大大改善水輪機(jī)工況下轉(zhuǎn)輪進(jìn)口的空化性能。
【IPC分類】F03B3-12
【公開號】CN104791172
【申請?zhí)枴緾N201510106536
【發(fā)明人】王煥茂, 陳元林, 夏燕挺, 覃大清, 魏顯著, 劉登峰, 陳金霞, 劉智良, 李濤
【申請人】哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月12日